一种融合二维磁共振波谱和三维磁共振导航影像的方法

文档序号:1263541阅读:311来源:国知局
一种融合二维磁共振波谱和三维磁共振导航影像的方法
【专利摘要】本发明属于医学影像后处理领域,涉及一种融合二维磁共振波谱与三维磁共振导航影像的方法;该方法采用磁共振原始数据的头文件中定义的空间信息字段和非刚体面配准算法,进行空间信息和影像配准,生成融合波谱影像的磁共振三维导航信息。本发明所述的方法,解决了二维磁共振波谱影像与三位磁共振导航影像不能融合的问题,为导航增加代谢信息,操作简便,耗时短(平均20分钟),稳定可靠,不需要额外引入硬件设施,便于临床实践应用。
【专利说明】-种融合二维磁共振波谱和H维磁共振导航影像的方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于医学影像后处理领域,涉及一种二维磁共振波谱与H维磁共振导航影 像融合的方法;该方法适用于脑部结构影像和代谢影像的后处理。

【背景技术】
[0002] 神经导航技术的出现是神经外科发展史上的里程碑,其使得神经外科手术从单纯 依赖术者主观经验进入到客观影像指引的时代,极大提高了手术安全性。神经导航最常采 用的指导图像是磁共振影像,H维的磁共振影像可全方位显示脑部解剖结构;但遗憾的是, 目前的H维磁共振导航影像还没有纳入磁共振波谱影像。所述磁共振波谱是用于影像诊断 的成熟技术,可提供脑组织或病变的代谢信息,在鉴别肿瘤性质、恶性程度、侵润范围等方 面具有重大价值,若能将磁共振波谱影像融合入导航指引手术,将进一步提高手术安全性。
[0003] 所述二维磁共振波谱影像与H维磁共振导航影像无法融合的主要原因为二者格 式不同,波谱影像为.rda格式,导航序列所用图象格式为DICOM格式,目前尚无将二者融合 的软件。而临床应用过程中,只能凭主观记忆在H维导航影像中还原波谱信息,方法粗趟, 误差较大,可信度差。
[0004] 因此,如何通过影像后处理方法将二维磁共振波谱与H维磁共振导航影像精确融 合,是目前临床亟待解决的需求。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的缺陷或不足,提供一种二维磁共振波谱与H维磁 共振导航影像融合的方法;该方法采用空间信息配准和非刚体面配准融合影像,解决了二 维磁共振波谱影像与H位磁共振导航影像不能融合的问题,为导航增加代谢信息,操作简 便,耗时短,便于临床使用。
[0006] 本发明的二维磁共振波谱与H维磁共振导航影像融合的方法,其特征在于,采用 磁共振原始数据的头文件中定义的空间信息字段和非刚体面配准算法,进行空间信息和影 像配准,生成融合波谱影像的磁共振H维导航信息,具体步骤为:
[0007] (1)获得二维磁共振原始数据,通过磁共振设备自带的商业软件进行初步后处理, W化o/NAA为感兴趣值,生成二维磁共振波谱影像;
[0008] (2)获得H维磁共振导航DICOM数据,W二维磁共振波谱影像为参照,W脑内病变 区为中也,定义感兴趣区;
[0009] (3)将上述数据导入工作站,进行波谱影像与导航影像的空间信息配准;二 维磁共振波谱原始数据的头文件中定义空间信息的字段主要为:Slice化ickness (层 厚),PositionVector (位置矢量),RowVector (行矢量),ColumnVector (列矢 量),PixelSpacingRow (像素行间隔),PixelSpacingCol (像素列间隔);H维磁共振 导航影像的DICOM图像头文件中定义空间信息的字段主要为:Slice化ickness(层 厚),Image化StionPatient (患者图像位置),ImageOrientationPatient (患者图像定 位),PixelSpacing (像素间隔);该两组数据么间的转换关系为(如图2所示):
[0010] SliceTliickness (DICOM) =SliceTliickness (rda)
[0011] ImagePostionPatient G3IC0M)=PositionVector (rda)
[0012] ImageOrientationPatient OlCOM) = [RowVector, ColumnVector] (rda)
[0013] PixelSpacing G3IC0M) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol];
[0014] (4)进一步非即体法影像配准,具体算法为:
[0015] 兰维导航影像作为参照影像R(i,j,k)(i,j,k为体束指数),其特征点设为 r二的)二维波谱影像作为漂浮影像F(i,j,k)(i,j,k为体束指数),其特征点设为 S = ,变形场U (X ID);由于点集T和S的一致性需要确定,因此设计的能量函数为,
[0016] J (R, F, S, T ID) = IntensityMatching 巧,F Oj (P ID)))
[0017] + A X 化intMatching 订,U (S ID)
[0018] 为测定上述函数的相似度,采用互相关(化oss-Correlation)作为度量标准, X,,,,, (R (/\ JJ)-R )(F(U{ I D)) - 7^)
[0019] , I。 -I。
[0020] ;
[0021] (5)通过设定阿尔法值,调节两个图像的像素权重,若阿尔法为1,完全显示导航图 像;若为0. 5,各显示50% ;若为0,只显示波谱;可根据需要任意调节;
[0022] (6)若为多层面二维波谱图,重复上述步骤;
[0023] (7)将配准融合的影像最终生成DICOM文件,导入导航设备,应用于临床。
[0024] 本发明与现有技术相比较,其优点为;解决了二维磁共振波谱影像与H位磁共振 导航影像不能融合的问题,操作简便,耗时短(平均20分钟),稳定可靠,不需要额外引入硬 件设施,便于临床应用。

【专利附图】

【附图说明】
[00巧]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0026] 图1为本发明所述方法的整体步骤流程图。
[0027] 图2为二维磁共振波谱图与H位磁共振导航影像数据转换关系示意图,其中,
[0028] ( 1)表示列像素间隔,(2)表示行像素间隔。
[0029] 图3显示了二维磁共振波谱选择感兴趣区及定义空间信息。
[0030] 图4显示了配准后将二维磁共振波谱感兴趣位置与H维磁共振导航数据融合,并 实现H维显示,其中,高亮正方形为波谱感兴趣祀点。

【具体实施方式】 [00引]实施例1
[0032] 本二维磁共振波谱与H维磁共振导航影像融合的方法,具体步骤为:
[0033] (1)获取磁共振波谱及磁共振导航图像原始数据,初步处理生成二维及H维图 像;
[0034] (2)分别在二维磁共振波谱影像及H维磁共振导航影像上设定感兴趣区;
[0035] (3)进行波谱影像与导航影像的空间信息配准;
[0036] (4)进行非刚体方法进行二维磁共振波谱影像与H维磁共振导航影像配准融合, 生成融合的DICOM文件,导出到导航设备用于临床;
[0037] (5)可根据需要随时调整二种图像权重,达到最优显示效果。
[00測 实施例2
[0039] 本发明采用磁共振原始数据的头文件中定义的空间信息字段和非刚体面配准算 法,进行空间信息和影像配准,生成融合波谱影像的磁共振H维导航信息,具体步骤为:
[0040] (1)获得二维磁共振原始数据,通过磁共振设备自带的商业软件进行初步后处理, W化o/NAA为感兴趣值,生成二维磁共振波谱影像;
[0041] (2)获得H维磁共振导航DICOM数据,W二维磁共振波谱影像为参照,W脑内病变 区为中也,定义感兴趣区;
[0042] (3)将上述数据导入工作站,进行波谱影像与导航影像的空间信息配准;二 维磁共振波谱原始数据的头文件中定义空间信息的字段主要为:Slice化ickness (层 厚),PositionVector (位置矢量),RowVector (行矢量),ColumnVector (列矢 量),PixelSpacingRow (像素行间隔),PixelSpacingCol (像素列间隔);S维磁共振 导航影像的DICOM图像头文件中定义空间信息的字段主要为:S1 ice化ickness(层 厚),ImagePostionPatient (患者图像位置),ImageOrientationPatient (患者图像定 位),PixelSpacing (像素间隔);该两组数据么间的转换关系为(如图2所示):
[0043] SliceTliickness (DICOM) =SliceTliickness (rda)
[0044] ImagePostionPatient G3IC0M)=PositionVector(rda)
[0045] ImageOrientationPatient OlCOM) = [RowVector, ColumnVector] (rda)
[0046] PixelSpacing G3IC0M) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol];
[0047] (4)进一步非即体法影像配准,具体算法为:
[0048] 兰维导航影像作为参照影像R(i,j,k)(i,j,k为体束指数),其特征点设为 r = 二维波谱影像作为漂浮影像F(i,j,k)(i,j,k为体束指数),其特征点设为 S =扣店,变形场U (X ID);由于点集T和S的一致性需要确定,因此设计的能量函数为,
[0049] J 化 F, S, T ID)二 IntensityMatching (R, F Oj 巧 ID)))
[0050] +A XPointMatching(T, U(S ID)
[0051] 为测定上述函数的相似度,采用互相关(化oss-Correlation)作为度量标准, 乙,,,(W(/.,./,片)-庐X /--仪'(戶I " W - ^)
[oow] 一,。 -,
[0053] ;
[0054] (5)通过设定阿尔法值,调节两个图像的像素权重,若阿尔法为1,完全显示导航图 像;若为0. 5,各显示50% ;若为0,只显示波谱;可根据需要任意调节;
[00巧](6)若为多层面二维波谱图,重复上述步骤;
[0056] (7)将配准融合的影像最终生成DICOM文件,导入导航设备,应用。
【权利要求】
1. 一种融合二维磁共振波谱与三维磁共振导航影像的方法,其特征在于,采用磁共振 原始数据的头文件中定义的空间信息字段和非刚体面配准算法,进行空间信息和影像配 准,生成融合波谱影像的磁共振三维导航信息,其包括步骤: (1) 获得二维磁共振原始数据,通过磁共振设备的商业软件进行初步后处理,以Cho/ NAA为感兴趣值,生成二维磁共振波谱影像; (2) 获得三维磁共振导航DICOM数据,以二维磁共振波谱影像为参照,以脑内病变区为 中心,定义感兴趣区; (3) 将上述数据导入工作站,进行波谱影像与导航影像的空间信息配准;所述二维磁共 振波谱原始数据的头文件中定义空间信息的字段主要为:SliceThickness, PositionVecto r,RowVector,ColumnVector,PixelSpacingRow, PixelSpacingCol ;所述三维磁共振导航影 像的DICOM图像头文件中定义空间信息的字段主要为:SliceThickness, ImagePostionPat ient, ImageOrientationPatientjPixelSpacing ; (4) 进一步非刚体法影像配准; (5) 通过设定阿尔法值,调节所述两个图像的像素权重,若阿尔法为1,完全显示导航图 像;若为0? 5,各显示50% ;若为0,只显示波谱;根据需要任意调节; (6) 若为多层面二维波谱图,重复上述步骤; (7) 将配准融合的影像最终生成DICOM文件,导入导航设备。 2?按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中,所述二维磁共振波谱原始 数据与三维磁共振导航影像的DICOM图像头文件数据之间的转换关系为: SliceThickness(DICOM)=SliceThickness(rda) ImagePostionPatient(DICOM)=PositionVector(rda) ImageOrientationPatient(DICOM) = [RowVector, ColumnVector](rda) PixelSpacing(DICOM) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol]〇
3.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中通过下述方法进行非刚体法 影像配准: 所述三维导航影像作为参照影像R(i,j,k),(i,j,k)为体束指数,设f =为其特 征点,所述二维波谱影像作为漂浮影像F(i,j,k),(i,j,k)为体束指数,设f =化}^为其特 征点,变形场U U ID);根据点集T和S的一致性,确定能量函数为, J (R, F, S, TID) = IntensityMatching (R, F (U (P | D))) + 入 XPointMatchingCT, U(S|D) 米用互相关(Cross-Correlation)作为度量标准,测定上述函数的相似度
【文档编号】A61B5/055GK104224175SQ201310454669
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】姚成军, 吴劲松, 汤伟军, 刘翌勋, 庄冬晓, 邱天明, 毛颖, 周良辅 申请人:复旦大学附属华山医院
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